KR20010089876A - Cold plate for a metallurgical furnace - Google Patents

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콜벡디트마르
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크라우제안드레아스
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라인스 뢸프-애버트, 가이어 한스-위르겐
카엠 오이로파 메탈 악티엔게젤샤프트
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Abstract

PURPOSE: A cooling plate whose one side facing the inside of an oven is applied with a coating layer having lower thermal conductivity than copper base material that is main constituent of the cooling plate is provided to ensure superior dimensional stability over sever operation conditions. CONSTITUTION: Cooling plate consists of copper or a copper alloy and has coolant channels. The side of the cooling plate facing the inside of the oven has a coating layer having a lower thermal conductivity than the copper base material. The coating has a heat conductivity lower than 320, preferably less than 10 W/(m·K). The coating is made from a material based on zirconium oxide containing yttrium oxide as an additive.

Description

제련용 로의 냉각판{COLD PLATE FOR A METALLURGICAL FURNACE}Cold plate for smelting furnace {COLD PLATE FOR A METALLURGICAL FURNACE}

본 발명은 용광로 또는 고로(高爐)와 같은 제련용 로(爐)의 노벽의 구성 요소이며, 구리 또는 구리 합금으로 구성되며, 냉매 채널이 통과하는 냉각판에 관한 것이다.The present invention is a component of a furnace wall of a smelting furnace, such as a blast furnace or a blast furnace, and is composed of copper or a copper alloy, and relates to a cooling plate through which a refrigerant channel passes.

제련용 로에 있어서, 노벽은 몇 년 전까지도 회주철 또는 강으로 구성된 수냉식 냉각판으로 다수의 로 영역에 설치되었다. 이 재료는 비교적 낮은 열전도율을 가진다. 회주철 또는 강 보다 실질적으로 더 우수한 열전도율을 가지는 것이 구리 또는 구리 합금이다. 구리로 제조된 냉각판은 그 내부에 가령 기계적인 심공 드릴링에 의해 형성된 냉매 채널을 가지며, 이 채널은 노벽에 대해 거의 평행하게 연장한다.In smelting furnaces, furnace walls were installed in many furnace zones until several years ago with water-cooled cold plates made of gray cast iron or steel. This material has a relatively low thermal conductivity. Copper or copper alloys have substantially better thermal conductivity than gray cast iron or steel. A cold plate made of copper has a refrigerant channel formed therein, for example by mechanical deep hole drilling, which extends almost parallel to the furnace wall.

로의 내부 공간을 향하는 냉각판의 측면에 대한 높은 열 응력으로 인해, 이 냉각판은 그 기계적인 특성이 변화된다.Due to the high thermal stress on the side of the cold plate towards the inner space of the furnace, the cold plate changes its mechanical properties.

이때, 다음의 특성 변화가 발생한다. 즉,At this time, the following characteristic change occurs. In other words,

- 국부적으로 감소된 경도,-Locally reduced hardness,

- 국부적으로 변한 결정립도 또는 미세 조직,-Locally changed grain size or microstructure,

- 비대칭적인 열 팽창으로 인해 발생되는 재료의 크리프(creep) 전파에 의한 거시적으로 관찰 가능한 변형.Macroscopically observable deformation due to creep propagation of the material caused by asymmetric thermal expansion.

로 조업 방식에 따르면, 냉각판의 열 응력은 일반적으로 시간에 따라 일정하지 않다. 이러한 변동 열 응력은 냉각판으로 된 벽 내부에 시간적으로 변하는 온도 프로파일이 형성되며, 따라서 냉각판의 재료에 대한 내부 응력을 변화시키게 된다.According to the furnace operation method, the thermal stress of the cold plate is generally not constant over time. This fluctuating thermal stress creates a temporally varying temperature profile inside the wall of the cold plate, thus changing the internal stress on the material of the cold plate.

이 변동 응력은 재료 피로에 따른 위험(예컨대, 균열에 의한 재료 파괴)과 결합되며, 이것은 로 조업을 위태롭게 할 수 있다. 이러한 위험은 변동 열 응력 외에도 상술한 재료 특성의 변화를 유발함으로써 여전히 증가된다.This fluctuating stress is combined with the risk of material fatigue (eg material destruction by cracking), which can jeopardize furnace operations. This risk is still increased by causing a change in the above-described material properties in addition to the variable thermal stress.

종래 기술에 있어서 이러한 단점을 제거하기 위해 고려된 것은 예컨대 냉각 채널에 대한 구조적인 변경을 통해 노벽의 냉각을 향상시키는 것이다. 이에 의해 로의 내부는 벽 영역에서 현저하게 냉각되고, 따라서 열 응력이 제거된다.Considered in the prior art to eliminate this drawback is to improve the cooling of the furnace wall, for example through structural changes to the cooling channels. The interior of the furnace is thereby significantly cooled in the wall area, thus removing the thermal stress.

본 발명의 목적은 종래 기술로부터 출발하여 모든 조업 상황을 망라하여 확실하게 개선된 치수 안정성을 제공하여 긴 수명을 허용하는 냉각판을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a cold plate which allows for a long service life by reliably providing improved dimensional stability across all operating situations starting from the prior art.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 로의 내부를 향하는 냉각판의 측면에 적어도 하나의 코팅층을 제공하는 것을 제안하며, 이 코팅층은 구리 모재 보다 더 낮은 열전도율을 가진다.To achieve this object, the present invention proposes to provide at least one coating layer on the side of the cold plate facing the interior of the furnace, which coating layer has a lower thermal conductivity than the copper base material.

이러한 방식에 의해, 로 내부에 작용하는 냉각판의 냉각 작용은 감소되고, 로의 조업을 고려하면 전체적으로 놀라운 장점이 있다.In this way, the cooling action of the cold plate acting inside the furnace is reduced, and considering the operation of the furnace as a whole has a surprising advantage.

또한, 본 발명의 핵심은 냉각판의 열 응력을 감소시킴으로써 원하지 않는 냉각판의 변동을 줄이는 것이다. 이를 위해, 냉각판에는 로의 내부 공간을 향하는 냉각판의 측면에 적합한 코팅층이 제공된다.In addition, the core of the present invention is to reduce unwanted cold plate variations by reducing the thermal stress of the cold plate. To this end, the cold plate is provided with a coating layer suitable for the side of the cold plate facing the inner space of the furnace.

이 코팅층은 하나 이상의 층으로 형성될 수 있으며, 개개의 층은 상이한 구성을 가질 수 있다.This coating layer may be formed of one or more layers, and the individual layers may have different configurations.

상기 코팅층(들)은 바람직하게는 플라즈마 용사법 또는 불꽃 용사법과 같은 용사법에 의해 도포된다.The coating layer (s) is preferably applied by a spraying method such as plasma spraying or flame spraying.

따라서, 이들 층 중의 적어도 하나는 절연층 또는 단열층의 기능을 수행하며, 구리 모금속 보다 더 낮은 열전도율을 가진다.Thus, at least one of these layers functions as an insulating layer or a heat insulating layer and has a lower thermal conductivity than the copper base metal.

본 발명에 따르면, 코팅층의 열전도율은 320 W/(m·K) 보다 작아야 한다. 이 열전도율은 특히 강력한 단열 작용을 필요로 하는 경우에 대해서 10 W/(m·K) 보다 작을 수 있다.According to the present invention, the thermal conductivity of the coating layer should be less than 320 mW / (m · K). This thermal conductivity may be less than 10 kW / (m · kPa), particularly in the case where a strong insulating action is required.

바람직하게는, 단열층은 금속으로 구성되든지, 아니면 금속-비금속(非金屬) 결합물로 구성될 수 있다. 다른 한편, 이 단열층은 금속 및 금속-비금속 결합물로 된 혼합물 또는 화합물로 구성될 수 있다.Preferably, the thermal insulation layer can consist of a metal or a metal-non-metal combination. On the other hand, this heat insulating layer can be composed of a mixture or compound of metal and metal-non-metal combinations.

예를 들면, 단열층은 지르코늄-산화물 모재 상에 어떤 재료로 형성될 수 있으며, 이 재료는 첨가물로서 이트륨-산화물을 함유하는 것이 유리하다.For example, the thermal insulation layer can be formed of any material on the zirconium-oxide base material, which material advantageously contains yttrium-oxide as an additive.

코팅층은 기본층으로서 모재에 고유한 절연층 또는 절연층 기구의 본딩을 개선시키는 다른 구성, 예컨대 MCrAℓY 코팅층과 함께 이용될 수 있으며, 여기에서 "M"은 금속, 예컨대 Fe, Ni, Co 또는 이들 원소의 화합물이다.The coating layer may be used with an insulating layer inherent in the base material or with other constructions that improve the bonding of the insulating layer apparatus, such as the McLaLY coating layer, where "M" is a metal, such as Fe, Ni, CO or these elements. Compound.

게다가, 모금속(母金屬)에 코팅층을 더 잘 본딩하기 위해 피복하기 전에 모금속을 거칠게 하는 것이 유리하다.In addition, it is advantageous to roughen the base metal before coating to better bond the coating layer to the base metal.

전체 코팅층의 두께는 0.1 ∼ 1.5 ㎜의 범위로 하는 것이 유리하다.It is advantageous to make the thickness of the whole coating layer into the range of 0.1-1.5 mm.

응용예에 따르면, 로 쪽의 냉각판 표면의 다양한 부분이 코팅층으로 도포되거나, 다양한 층 두께가 다양한 냉각판 영역에 이용됨으로써 특별한 장점이 생긴다.According to the application, particular advantages arise from the application of various parts of the furnace side cold plate surface to the coating layer, or of varying layer thicknesses for various cold plate regions.

여러가지 로에 있어서 로의 내부 공간에서 냉각판의 표면에 용사되는 코팅 물질이 다양한 로 슬래그와 이루어지는 다양한 상호 작용(본딩, 로 슬래그의 용융 거동, 로 슬래그의 칩 거동, 또는 코팅층)으로 인하여, 거친 냉각판의 표면에, 특히 로 공간으로 추가적으로 돌출한 판 영역에 더 작으면서 넓게 돌출한 에지 보다 더 두꺼운 코팅층을 제공하는 것이 훨씬 더 유리하다.In many furnaces, due to the various interactions (bonding, melting behavior of furnace slag, chip behavior of furnace slag, or coating layer), the coating material sprayed on the surface of the cold plate in the interior space of the furnace with the various furnace slag, It is even more advantageous to provide a thicker coating layer on the surface, in particular in the area of the plate which additionally protrudes into the furnace space, than the smaller and wider protruding edges.

본 발명에 따르면, 구리 또는 구리 합금으로 구성되어 냉매 채널이 통과하는 냉각판의 로 내부를 향한 측면에 구리 모재 보다 더 낮은 열전도율을 가진 적어도 하나의 코팅층을 제공함으로써, 모든 로 조업 상황을 망라하여 확실하게 개선된 치수 안정성 및 이에 따른 긴 수명을 제공한다.According to the present invention, by providing at least one coating layer composed of copper or a copper alloy and having a lower thermal conductivity than that of a copper base material on the side facing into the furnace of the cooling plate through which the refrigerant channel passes, it is possible to cover all furnace operation situations. Improved dimensional stability and thus long life.

Claims (6)

용광로 또는 고로와 같은 제련용 로(爐)의 노벽의 구성 요소이며, 구리 또는 구리 합금으로 구성되며, 냉매 채널이 통과하는 냉각판으로서,It is a component of the furnace wall of a smelting furnace, such as a blast furnace or a blast furnace, consists of copper or a copper alloy, and is a cooling plate through which a refrigerant channel passes, 로의 내부를 향하는 상기 냉각판의 측면에는 구리 모재 보다 더 낮은 열전도율을 가진 하나 이상의 코팅층이 제공되는 제련용 로의 냉각판.Cooling plate of the smelting furnace, the side of the cooling plate facing the interior of the furnace is provided with at least one coating layer having a lower thermal conductivity than the copper base material. 제1항에 있어서, 상기 코팅층은 320 W/(m·K) 보다 더 작은 열전도율, 바람직하게는 10 W/(m·K) 보다 더 작은 열전도율을 가지는 것을 특징으로 하는 제련용 로의 냉각판.The cooling plate of a smelting furnace according to claim 1, wherein the coating layer has a thermal conductivity of less than 320 mW / (m · k), preferably less than 10 mW / (m · k). 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 0.1 ∼ 1.5 ㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 제련용 로의 냉각판.The cooling plate of the smelting furnace according to claim 1 or 2, wherein the coating layer has a thickness in the range of 0.1 to 1.5 mm. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅층 각각은 용사법에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 제련용 로의 냉각판.The cooling plate of the smelting furnace according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the coating layers is applied by a thermal spraying method. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅층은 지르코늄-산화물 모재 상에 바람직하게는 이트륨-산화물을 첨가물로 함유하는 소정 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 제련용 로의 냉각판.The cooling plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the coating layer is made of a predetermined material on the zirconium oxide base material, preferably containing yttrium oxide as an additive. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구리 모재와 코팅층 사이에는 하나 이상의 중간층이 본딩을 개선하기 위해 배치되며, 이 중간층은 실질적으로 MCrAℓY로 구성되며, 여기에서 "M"은 금속이며, 바람직하게는 Fe, Ni 또는 Co 계열로 이루어진 하나 이상의 원소로 구성되는 것을 특징으로 하는 제련용 로의 냉각판.6. The method of any one of claims 1 to 5, wherein at least one interlayer is disposed between the copper base material and the coating layer to improve bonding, wherein the interlayer consists essentially of MCRCA, wherein "M" is a metal. And, preferably, the cooling plate of the smelting furnace comprising at least one element consisting of Fe, Ni, or CO series.
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